湘北仁里稀有金属伟晶岩矿田位于江南造山带中段,由仁里铌钽铍矿床、永享-传梓源锂铍铌钽矿床和黄柏山锂铍铌钽矿床组成,是我国近年来东部新发现的特大型花岗伟晶岩型锂铍铌钽矿田。该矿田内各伟晶岩脉围绕矿田北部的幕阜山西南缘花岗岩杂岩体成群成带分布,自杂岩体向外,微斜长石型、微斜长石-钠长石型、钠长石型和钠长石-锂辉石型伟晶岩依次产出。仁里矿床5号脉是区内规模最大的铌钽矿脉,表现出岩浆和热液两阶段成矿的特征;永享-传梓源矿床206号脉是区内规模最大的锂辉石伟晶岩脉,锂辉石遭受了强烈的晚阶段热液交代作用,多转化为腐锂辉石;黄柏山矿床603号脉是区内新发现的锂辉石伟晶岩矿脉,具有交代作用弱、品位高的特点。仁里5号脉的流体包裹体特征显示该矿脉的热液阶段成矿作用较为发育,由流体包裹体显微测温结果估算5号脉核部带形成于约550 ℃、约350 MPa。综合已有资料,仁里矿田表现出:燕山期(约130 Ma)陆内造山作用成矿,陆内造山作用使高成熟度的沉积基底,即新元古代冷家溪群,深熔产生花岗质岩浆;在岩浆的多阶段侵入活动中,晚阶段二云母花岗岩浆分异出伟晶岩熔体;伟晶岩在经历热液交代作用改造后,富集铌钽,但贫化Li。因此,陆内造山过程中变泥质岩深熔作用、“体中体”式岩浆分异模式、岩浆和热液两阶段成矿作用叠加构成了仁里矿田的成矿特色。

花岗伟晶岩成因研究是探索花岗伟晶岩成岩和稀有金属成矿作用的重要内容。花岗伟晶岩成因主要为岩浆分异和深熔作用,即伟晶岩来自花岗质岩浆的结晶分异或者小比例部分熔融(深熔)。花岗伟晶岩分类以及特征矿物组合可为花岗伟晶岩成因探讨提供初步依据。岩浆分异成因伟晶岩由母体花岗质岩浆派生而成,明确母体花岗岩是判别岩浆分异成因的关键。母体花岗岩与伟晶岩通常具有密切的时空关系(近同期,相距不超过10 km),存在连续的分异演化趋势,并且来自同一物质来源。通过瑞利分馏方程模拟(主量-微量-稀土元素和稳定同位素等)查明结晶分异程度,解析分异成因伟晶岩岩浆的形成过程。根据区域构造-变质事件,区域变质作用特征,伟晶岩与变质岩的空间关系、成分关系和一致的同位素组成,伟晶岩产出的特色矿物组合和矿物包裹体,以及伟晶岩与部分熔融熔体相近的化学组成等,来明确伟晶岩来自深熔作用。通过岩石特征元素含量、同位素示踪和微量元素模拟判别源岩,运用Rb/Sr-Ba图解等明确熔融方式,根据源岩矿物组成特征查明熔融条件和熔体产出情况,结合特征元素在熔体-矿物相间的分配行为探讨熔融过程和熔体抽提汇聚史,最终阐明深熔成因伟晶岩熔体形成过程。稀有金属伟晶岩岩浆来自高分异花岗质岩浆的极度结晶分异,少数情况下可由成熟沉积岩/变质沉积岩低程度部分熔融形成。没有母体花岗岩出露的稀有金属伟晶岩群也可来自岩浆分异作用,或是深熔熔体通过进一步分异产生。深入理解部分熔融和结晶分异对伟晶岩岩浆的控制作用,探索伟晶岩岩浆形成过程中相关的物理化学过程,尤其是熔体逃离迁移机制及其对稀有金属元素富集的影响,并建立花岗伟晶岩成因的判别标志,是花岗伟晶岩成因探讨亟待开展的研究工作。

东秦岭地区是我国重要的伟晶岩分布区和锂、铍、铌钽、铀成矿区,火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床发育有东秦岭地区独特的锡矿化。文章通过对火炎沟矿床的矿物学、锆石和锡石U-Pb年代学及锆石Hf同位素进行研究,查明火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床中稀有金属赋存状态、形成时代,并探讨含矿伟晶岩与区域内古生代花岗岩之间的成因联系,以期为研究东秦岭伟晶岩型稀有金属成矿特征和成矿机制提供依据。矿物成分显示火炎沟伟晶岩中长石主要是更长石和正长石,云母为富铁黑云母和白云母,磷灰石为氟磷灰石,电气石主要是黑电石气。伟晶岩弱分带性及云母、铌钽铁矿的成分显示相对于东秦岭地区伟晶岩型锂铍矿床,火炎沟伟晶岩具有相对低的分异程度。锆石U-Pb年龄为(424±2.5) Ma,锡石U-Pb年龄为(420.1±2.4) Ma和(420.6±3.2) Ma,显示火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床的成岩、成矿时代是近同期的,为424~420 Ma,与区域内伟晶岩型稀有金属矿床和铀矿床形成时代一致,是东秦岭晚志留世—早泥盆世伟晶岩型稀有金属和铀成矿作用的产物。锆石ε_Hf(t)值为-5.8~-4.16,二阶段模式年龄为2 341~2 194 Ma,显示源区为元古宙的壳源物质,与东秦岭伟晶岩及区域晚志留世过铝质岩浆岩具有相同的源区特征。火炎沟伟晶岩与东秦岭地区古生代灰池子岩体具有较大的源区差异,显示两者可能并无直接成因联系。火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床的发现充实了东秦岭伟晶岩型稀有金属矿化类型,并显示东秦岭地区具有寻找伟晶岩型锡矿的巨大潜力。

罗辛地区存在多期白岗岩,分为A、B、C、D、E和F 6种类型,但仅D和E类白岗岩形成了白岗岩型铀矿床。微量元素、铅同位素显示各类白岗岩具有壳源特点,两阶段Nd模式年龄与前达马拉基底大体一致表明源区为高放射性的前达马拉基底。黑云母电子探针数据显示D类白岗岩相对A、B、C和F类白岗岩黑云母具有更高的F含量,D类白岗岩Nb/Ta明显高于A、B、C和F类白岗岩,A、B、C和F类白岗岩的Ba含量与Rb/Sr值呈负相关关系,符合白云母脱水熔融的特征,D和E类白岗岩则表现为更复杂的Ba含量与Rb/Sr值的关系,为黑云母脱水熔融模式。区域上存在D1、D2、D3和D4 4期变形作用,A、B和C类白岗岩侵位与D3期变形同期或早于D3期,D和E类白岗岩则与D4期变形同期,D4期变形的应力体制转换使古老基底的深熔作用由白云母熔融模式转向了黑云母熔融模式,黑云母熔融带入了铀的矿化剂氟离子,所以古老基底熔融的不均一性是罗辛地区各期白岗岩铀含量差异的根本原因。白岗岩经历了较强的结晶分异作用,分离结晶矿物主要为钾长石、黑云母、磷灰石、钛铁矿和独居石等。黑云母的分离结晶可能带走铀元素,这对残余岩浆成矿不利;钾长石、钛铁矿和独居石的分离结晶有利于铀的富集和晶质铀矿的生成。

为进一步揭示喜马拉雅淡色花岗岩的成因以及对稀有金属成矿的作用,本文选取了喜马拉雅东段错那洞Be-W-Sn多金属矿床内的弱定向二云母花岗岩和含石榴子石白云母花岗岩进行全岩主、微量和独居石年代学、微量元素分析,以及主要矿物原位成分分析。分析结果显示弱定向二云母花岗岩和含石榴子石白云母花岗岩为同一期次岩浆作用,形成年龄分别为(20.1±0.3) Ma和(20.7±0.2) Ma;全岩地球化学表现出富Si、富Al的特征,含石榴子石白云母花岗岩的全岩地球化学以及独居石均出现稀土四分组效应;矿物分析显示,含石榴子石白云母花岗岩斜长石An牌号更低,均为钠长石,白云母较弱定向二云母花岗岩更富FeO、MnO、F,石榴子石中锰铝榴石组分明显增高。综合以上特征分析,含石榴子石白云母花岗岩比弱定向二云母花岗岩具有更高的演化程度,其来源很可能是晶粥体分离结晶形成的粒间高演化熔体/流体,而二云母花岗岩则是高演化熔体/流体不完全抽取后的剩余晶粥体。错那洞约20 Ma的高分异淡色花岗岩促使Be、Sn等成矿元素初始富集,是后期成矿的关键。